1、GE 超聲基礎知識介紹,GEHC China CS 冀魯聲波,一、聲波 1. 概念：聲波是一種機械振動，可以通過介質進行傳播。,0Hz 20Hz 20KHz 1MHz 30MHz 400MHz,2. 聲音頻譜,3. 超聲的特性 超聲的折射：超聲從甲介質進入乙介質時，傳播方向發(fā)生偏離。 超聲的反射：超聲在遇到兩種介質界面時，傳播方向在一種介 質中發(fā)生偏轉。 傳播速度： 超聲在水中的傳播速度1530米/秒( 20C ) 超聲在空氣中傳播速度344米/秒( 20C ),5. 超聲診斷的優(yōu)點 安全、無輻射。適用于胎兒診斷。 設備可移動，成本低。 實時成像 通過掃描角度變化，獲

2、得更佳的圖像。 多普勒檢測血流量信息。,4.聲學技術的應用,超聲原理及模式,二、超聲原理,1. 基本原理： 超聲基本原理與回聲原理相同。 2. 超聲頻率與波長： C / f 超聲波波長；C超聲波聲速 f 超聲波頻率。 波長：一個波的長度。 頻率：單位時間內的周數（重復次數）,3. 超聲波的衰減： 超聲波的衰減與傳播距離成正比；與頻率的2/3方成正比。 高頻衰減大，低頻衰減?。ù┩噶姡?三、超聲模式（A超、B超、M超） 在監(jiān)視器上顯示的超聲圖像是二維圖像，這與CT和核磁共振所形成的圖像相同。 超聲圖像有以下幾種模式：,A模式（A超）：顯示界面回聲的幅度（Amplitude），稱為振幅調制型。

3、A型是以脈沖波的幅度來顯示回聲的高低，可 用于測量組織界面的深度（距離）和反應界面 的組織基本特性。 用途： A型脈沖超聲診斷儀現用于顱腦和眼科檢查。 特點： 方便、快捷。,2. B模式(Brightness)： 是一種亮度的模式。其圖像由不同亮度的點所組成的直線構成。點的亮度代表接收到回聲的振幅。通過連續(xù)掃描，二維的剖面圖像不斷地被更新，這就是實時B模式。,Body,3. M模式： M模式中的M表示運動，M模式通過B模式圖象來顯示一個光標，然后在以時間為軸線的波形圖上表示其運動狀態(tài)。通常M模式用于檢測心臟及胎兒的心率。,M - Mode used to monitor the Ventric

4、le Motion,探頭種類,四、探頭 用于超聲的探頭也稱為換能器，是用來產生和檢測超聲波的部件，即換能器既是發(fā)射器， 也是接收器。它和主機構成超聲設備最重要核心。,1. 結構：詳見右圖所示。 其中：壓電陶瓷發(fā)射/接收超聲波；聲透鏡軸向 聚焦；背襯材料防止產生超聲波反向振動；匹配層 -減少超聲傳播中的多重反射. 2. 壓電效應：是指具有壓電特性的材料(陶瓷、石英) 在受到外界壓力后，在其受壓端面產生電壓；在其 端面施加交變電信號時，其端面會產生機械振動， 發(fā)出聲波。 3. 工作原理： 主機通過電纜在基元上施加電信號，使基元振動， 發(fā)出超聲波，超聲波經物體反射作用在基元上，使基元 兩端產生電信號

5、，通過電纜傳送至主機處理、顯示。,物 體,發(fā)射,反射,凸陣探頭解剖,基元,聲吸收層,聲匹配層,聲透鏡,探 頭 的 種 類,電子凸陣：也稱彎曲線陣，與線陣的區(qū)別在于 基元是彎曲的。用于腹部和婦產科。,電子線陣：用于小器官、血管及術中。,電子相控陣： 相控陣方式是通過連續(xù)變換延時線來得到產生超聲波束的不同角度。主要用于心臟,顱腦。,電子微凸陣： 與電子凸陣探頭工作原理相同. 主要用于腔內掃查.,不同探頭的成像原理,線陣,微凸陣,凸陣,線陣/凸陣 探頭的許多基元通過電子控制產生掃描波束并且通過延時線對波束進行聚焦。,不同探頭的成像原理,相控陣,0,63,31,脈沖,Q,超聲掃描方式,2. 電子掃描方

6、式 探頭的許多基元通過電子控制產生掃描波束并且通過延時線對波束進行聚焦。,電子掃描方式機械掃描方式 特殊方式 線陣機械扇掃斜向掃描 凸陣（含微型凸陣）徑向掃描梯形掃描 相控陣擴大掃描 向量掃描,五、超聲掃描方式 1. 概述：超聲設備在醫(yī)學臨床上有多種診斷方式。目前主要采用以下的方式：,3. 三維容積掃描 通過探頭在一定角度內往復運動（擺動） 來產生若干個切面，每一個切面就是一幅二維圖像。 將若干切面處理后，形成三維圖像。,相控陣： 相控陣方式是通過連續(xù)變換延時線來得到產生超聲波束的不同角度。主要用于心臟。,Abdominal,超聲系統(tǒng)及原理,六、超聲系統(tǒng),監(jiān)視器,探頭,鍵盤,探頭接口,主機,超

7、聲診斷儀工作原理圖,前端,后端,超聲診斷儀工作原理圖,名詞解釋,1、分辨率 分辨率是指對兩個靠近物體的識別能力，即對圖象的區(qū)分。 軸向（縱向）分辨率：是指沿超聲波束軸方向上可區(qū)分的 兩個點目標的最小距離。 軸向分辨率由超聲波束的波長所決定。 一般來說，軸向分辨率為波長的2到4倍。,分辨率,幾何分辨率 灰度分辨率,軸向分辨率 側向分辨率,軸向分辨率 高低,側向分辨率 高低,側向（橫向）分辨率：是指對垂直于超聲波束軸方向上可 區(qū)分的兩個點目標的最小距離。 側向分辨率取決于超聲波束的寬度和波束聚焦情況。,灰度（對比度）分辨率：是指對兩個相似密度的物體的 識別能力。,灰度分辨率,幾何分辨率,平衡,幾何

8、分辨率高灰度分辨率差,七、名詞解釋,提高分辨率,孔徑大小,側向分辨率,頻帶寬度,軸向分辨率,距離 x 波長 孔徑,側向分辨率,=,軸向分辨率,=,波長的24倍,3、寬頻及變頻,5MHz,5MHz,傳統(tǒng)探頭,寬頻帶探頭,頻帶寬度,寬頻變頻有效地解決探頭分 辨率與穿透力的矛盾,主機帶寬 探頭帶寬,遠場,近場,5MHz,10MHz,寬頻是指探頭的工作頻率范圍比較寬。 寬頻帶探頭是實現變頻的基礎。 變頻是一種新技術：改變同一個探頭的 頻率。若目標區(qū)域在近場，可以選用高 頻率；若目標區(qū)域在遠場，可以切換到 低頻率。,-3dB,幀頻,如果B模式深度 = 18 cm 掃描線= 256 那么B模式的總深度為

9、18cm x 2 x 256 = 92.16 m/frame 二維幀頻：1520/92.16=16.39 幀/秒 如果CFM模式深度 = 9 cm 取樣次數 = 4 掃描線 = 100 所以CFM模式的總深度為 9cm x 2 x 100 x 4 = 288 m/frame 幀頻 = 1530 / (92.16 + 288) = 9.3幀/秒,18cm,256線,接收信號動態(tài)范圍 超聲設備的動態(tài)范圍是其同時保留最大和最小回聲信號的能力。 動態(tài)范圍=20Log（最大回聲幅值/最小回升幅值） 針對不同臟器檢查，適當調整動態(tài)范圍，有利于接收臟器內微弱回升信號，又能使邊界 較強回聲信號不失真，使整幅圖

10、像清晰，保證正確的診斷。,掃描變換器 信號處理能力差; 通頻帶受到限制; 相控陣支持困難,模擬超聲工作原理,數字波束形成器: 噪聲引入少, 信號 / 噪聲比值高; 數字延時精度高, 控制易實現, 聚焦精度高; 可以配接電子相控陣探頭; 集成度高,通道間一致性好; 技術難度大,成本高.,數字化超聲工作原理,TruScan 超聲平臺,最大孔徑,波束形成器通道,換能器基元,多路開關,0,1,2,3,62,63,64,65,66,67,126,127,0,2,1,3,62,63,6、陣元數、通道數、一發(fā)雙/多收,0,63,31,接收波束（左）,接收波束（右）,發(fā)射波束,雙波束形成器,接收通道數應與發(fā)射

11、通道數相同 但在處理回波信號時可使用雙波束或多 波束形成器來增加一次掃描的線數 所以處理電路會2，4增加。 即所謂一發(fā)雙收，一發(fā)四收。,目的：提-高-幀-頻,A/D 轉換器1,A/D 轉換器2,A/D 轉換器3,A/D 轉換器4,延時1,延時2,合成 1,合成 2,延時3,延時4,雙波束形成器,多普勒,八、多普勒（Doppler）,多普勒技術在超聲診斷中非常有價值。主要用于檢測心臟、血管內血液的流向， 流速及流量。 主要包括以下三種：- 脈沖多普勒(PW) - 高脈沖重復頻率多普勒(HPRF) - 連續(xù)波多普勒 (CW)，包括：單連續(xù)波多普勒和可控連續(xù)波多普勒,1. 多普勒效應：振動源和接收體

12、有相對運動時,所接收到的聲波頻率不同于振源所發(fā)射 的聲波頻率,其差別與相對運動的速度有關,這就是多普勒效應。多普勒 效應是奧地利科學家多普勒于1842年首先提出,多普勒處理器,根據運動物體的速度及方向，多普勒處理器在“頻譜”上標上一個點。,通過觀察聲波與紅細胞的作用， 就能探測它們有存在及量化它們的速度。,當運動的物體運動速度不相同時，多普勒處理器為每一物體標上一個不同的點。,多普勒處理器,在縱坐標上位置代表物體的速度。,多普勒處理器,當不同的物體以相同的速度運動時，頻譜上相應的點就標志的更亮一些。,多普勒處理器,多普勒處理器,2. 多普勒效應公式：,V (cm/s): 血流速度 C (cm/

13、s): 聲速(1530m/s) (度): 血流與超聲波束之間的夾角 f(Hz): 多普勒頻移 f 。(Hz): 超聲頻率,3. 多普勒波的含義 多普勒波包括以下含義(數據) 速度 速度范圍（寬度） 血流量大小 血流方向,一個心跳周期,寬的速度范圍,逆流,時間,基準線,慢,快,快,迎向,背向,最高峰,收縮,舒張,舒張結束,4.彩色血流成像（彩色多普勒） 彩色血流成像（CFM）是在 二維聲像圖上疊加彩色實時血流 顯像。每一個彩色的點表示小區(qū) 域內血液流速的平均值。不同的 顏色代表血液流量的速度及檢測 方式的不同。通常，紅色表示迎 向探頭的血流方向，藍色表示離 向探頭血流方向。,一個心跳周期,寬的速

14、度范圍,逆流,時間,基準線,慢,快,快,平均值,CFM,迎向,背向,色標,脈沖多普勒與連續(xù)波多普勒的區(qū)別 脈沖多普勒：間斷發(fā)射/接收，獲取在取樣點 處多普勒頻移信息并分析、顯示。 主要用于檢測低速血流 連續(xù)波多普勒：連續(xù)發(fā)射/接收，獲取在取樣 區(qū)域內多點多普勒頻移信息，檢測出最高速度 血流并顯示。 主要用于檢測高速血流,探頭,),(,發(fā)射,接收,能量多普勒的原理及與彩色多普勒的區(qū)別,能量多普勒基本原理： 是取其紅細胞的能量總積分，配以紅色成為血流 信息的圖像顯示。彩色亮度表示多普勒信號能量的大小。 血流信號顯示與血流方向無關,二者的區(qū)別： 彩色多普勒速度信息，能量多普勒能量信息。 顯示與血流方向的關系： 彩色多普勒有關（紅迎蘭離），能量多普勒無關 顯示與角度及混疊的關系 彩色多普勒有關， 能量多普勒無關,諧 波,諧波 組織諧波顯像（Tissue Harmonic Imaging） 聲波在組織中非線性傳播時，產生多倍于發(fā)射頻率（基波）的信號二次諧波，三次 諧波但聲能逐漸變弱：THI采用超寬頻帶的探頭，接收組織通過非線性傳播所產生的高頻 信號及組織細胞的諧波信號，對多頻段信號進行實時平行處理，減弱淺層胸壁和肺組織產生 的回聲，增強較深部心肌組織的回聲，改善圖像質量，提高信噪比。,常規(guī)成像：接收信號頻率： fo 諧波成像：接收